Σχεδιασμός και Έκδοση μιας Νέας Γενιάς Υβριδικού Επαφορρανή Αλλαγωμένου Φασματικού Επαφορρανή
I. Φόντο Εργασίας και Κύρια Προβλήματα που Πρέπει να Λυθούν
Ως ένα από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα χαμηλής τάσης ηλεκτρικά συστήματα, οι επαφές AC παίζουν κεντρικό ρόλο στα συστήματα μακράς διάρκειας λειτουργίας. Ωστόσο, η παραδοσιακή σχεδίασή τους παρουσιάζει μια βασική αδυναμία: οι επαφές παράγουν αναπόφευκτα τόξο όταν διακόπτεται το κύκλωμα.
Αυτή η γενεσιουργή αδυναμία οδηγεί σε μια σειρά σοβαρών προβλημάτων:
- Εξαιρετικά περιορισμένη ηλεκτρική διάρκεια ζωής: Τα τόξα προκαλούν σημαντική ηλεκτρική φθορά στις επαφές, αποτελεσματικά μειώνοντας την ηλεκτρική διάρκεια ζωής (περίπου 2-2,5 εκατομμύρια λειτουργίες) σε μια διάρκεια πολύ μικρότερη από τη μηχανική διάρκεια ζωής (20-25 εκατομμύρια λειτουργίες), συνήθως μόνο ένα δέκατο της τελευταίας.
- Ηλεκτρομαγνητική ρύπανση: Τα τόξα ρυπαίνουν το ηλεκτρικό δίκτυο, παράγουν διασπορά ραδιοφωνικής συχνότητας και επηρεάζουν άλλες ηλεκτρικές εγκαταστάσεις.
- Ρίσκα ασφάλειας: Η υπερτάση που παράγεται κατά τη διακοπή εμπεδώνοντος φορτίου μπορεί να καταστρέψει τη συνδεδεμένη εξοπλισμό και επίσης περιορίζει τη συχνότητα λειτουργίας του επαφοσυνδέτη.
II. Κύρια Λύση: Αρχή Ατοξικής Διακοπής
Η κύρια καινοτομία αυτής της λύσης βασίζεται στην χρήση μιας υβριδικής δομής που συνδυάζει κύριες επαφές + παράλληλη μονάδα thyristor, με ακριβή περιορισμό της σειράς ενεργοποίησης μέσω ενός τροπικού κυκλώματος.
- Κύρια Προσέγγιση Σχεδίασης:
• Χρήση διευθυντικών thyristors ως επαφοσυνδέτων χωρίς επαφή για να επιτευχθεί η πρώτη ενεργοποίηση, τελευταία διακοπή του ρεύματος, αποφεύγοντας ολοσχερώς την παραγωγή τόξου.
• Χρήση παραδοσιακών μηχανικών επαφών για τη μεταφορά ρεύματος κατά την σταθερή κατάσταση, ξεπερνώντας τις αδυναμίες των καθαρά επαφοσυνδέτων χωρίς επαφή (π.χ., χρήση μόνο thyristors), όπως η κακή αντοχή σε κατακτητικά ρεύματα, η υψηλή πτώση τάσης, ο υψηλός κόστος και η ανάγκη για μεγάλα θερμαντικά σώματα.
• Μιλισεκοντική ακρίβεια στη συγχρονισμένη ενεργοποίηση των μηχανικών επαφών και των ηλεκτρονικών συστημάτων (thyristors) μέσω του τροπικού κυκλώματος είναι κρίσιμη για την επιτυχία αυτής της λύσης. - Κύρια Διαδικασία (Παράδειγμα: CJ20-40A Επαφοσυνδέτης):
|
Φάση Λειτουργίας |
Χρονικός Σημειώματος |
Διαδικασία Ενέργειας |
Κύριος Στόχος και Έκπτωση |
|
Σύνδεση |
|||
|
10ms μετά την ενεργοποίηση της κάτωθεν |
Το τροπικό κύκλωμα στέλνει σήμα; τρεις ζευγάρια διευθυντικών thyristors οδηγούνται αμέσως. |
Πρώτη ενεργοποίηση: Δημιουργία διαδρομής ρεύματος, προετοιμασία για κλείσιμο επαφών → σύνδεση χωρίς τόξο. |
|
|
15ms μετά την ενεργοποίηση της κάτωθεν |
Οι κύριες επαφές του επαφοσυνδέτη κλείνουν, συνδέοντας τους thyristors. |
Μετατροπή: Οι μηχανικές επαφές μεταφέρουν το κύριο ρεύμα; οι thyristors απενεργοποιούνται αυτόματα λόγω μηδενικής διαφοράς τάσης → ενεργοηθική. |
|
|
Αποσύνδεση |
|||
|
Μετά την απενεργοποίηση της κάτωθεν |
Η πίεση των επαφών μειώνεται; η αντίσταση των επαφών αυξάνεται; η πτώση τάσης στις επαφές αυξάνεται σε ~0.10V. |
Προετοιμασία: Το σήμα πτώσης τάσης ενεργοποιεί το τροπικό κύκλωμα → οι thyristors οδηγούνται αμέσως. |
|
|
12ms μετά την απενεργοποίηση της κάτωθεν |
Οι κύριες επαφές αρχίζουν να ανοίγουν. |
Ατοξική διακοπή: Το ρεύμα μεταφέρεται πλήρως στη διαδρομή thyristor → οι επαφές διακόπτονται σε μηδενικό ρεύμα → εντελώς χωρίς τόξο. |
|
|
18ms μετά την απενεργοποίηση της κάτωθεν |
Το τροπικό κύκλωμα σταματά το σήμα; οι thyristors απενεργοποιούνται φυσικά στη μηδενική διασταυρωμένη τάση. |
Τελευταία διακοπή: Ολοκληρώνει την ατοξική διακοπή του ολόκληρου του κυκλώματος. |
III. Υλοποίηση και Σχέδιο Μεταβολής Διαδικασίας
Αυτή η λύση ακολουθεί την αρχή της "μεταβολής με στόχο βάσει εξελιγμένων προϊόντων," μειώνοντας σημαντικά τα εμπόδια και το κόστος της βιομηχανικής εφαρμογής.
Συγκεκριμένες Μεταβολές:
- Ηλεκτρομαγνητικό Σύστημα: Μικρές προσαρμογές και βελτιώσεις για να εξασφαλίσει ότι η χρονική διάρκεια ενεργοποίησης ταιριάζει στις ακριβείς απαιτήσεις συγχρονισμού με το κύκλωμα thyristor.
- Επαφές και Σύστημα Αφανισμού Τόξου:
o Επειδή η ατοξική διακοπή επιτεύχθηκε, ο πρωτότυπος καταστροφείς τόξου δεν είναι πλέον απαραίτητος και μπορεί να αφαιρεθεί.
o Αντικαταστάθηκε με ένα θερμοαντοχές μεταλλικό στέγαστρο. Αυτό το νέο στέγαστρο ενσωματώνει τρεις διευθυντικούς thyristors, το τροπικό κύκλωμα και άλλα βασικά ηλεκτρονικά συστατικά. - Εμφάνιση και Συμβατότητα: Τα εξωτερικά διαστήματα, οι θέσεις εγκατάστασης και ο τρόπος σύνδεσης του τροποποιημένου επαφοσυνδέτη παραμένουν εντελώς συντονισμένα με τους πρότυπους επαφοσυνδέτες. Οι χρήστες μπορούν να αντικαταστήσουν και να ενημερώσουν χωρίς να αλλάξουν καθόλου τις βάσεις εγκατάστασης ή τη λογική σύνδεσης, επιτρέποντας έτσι μεγάλη αποδοχή στην αγορά.
IV. Συμπεράσματα Ελέγχου και Σημαντική Αξία
Ο επαφοσυνδέτης AC που αναπτύχθηκε με βάση αυτή τη λύση έχει περάσει αυστηρούς μηχανικούς και ηλεκτρικούς ελέγχους διάρκειας ζωής, επαληθεύοντας την ασφάλεια, την αξιοπιστία και την εφαρμοσιμότητά του.
Κύρια Αξία που Παρέχεται:
• Επαναστατική Βελτίωση Απόδοσης: Η πλήρης εξάλειψη του τόξου κατά την διακοπή αυξάνει την ηλεκτρική διάρκεια ζωής επί δεκάτες φορές, θεωρητικά φθάνοντας στο επίπεδο της μηχανικής διάρκειας ζωής. Επίσης, μειώνει την συντήρηση των επαφών και αυξάνει την επιτρεπτή συχνότητα λειτουργίας.
• Επέκταση Πεδίων Εφαρμογής: Η ατοξική διακοπή επιτρέπει την ασφαλή εφαρμογή σε περιβάλλοντα υψηλού κινδύνου με αυστηρές απαιτήσεις για εκρηκτική και πυροσβεστική ασφάλεια, όπως εργοστάσια πετροχημικών, ορυχεία, αεροναυπηγική, κλπ., καθιστώντας τον επαφοσυνδέτη ένα αξιόπιστο βασικό συστατικό σε συστήματα ελέγχου και κατανομής ρεύματος.
• Φιλικό προς το Περιβάλλον: Μειώνει σημαντικά την ρύπανση του δικτύου και την ηλεκτρομαγνητική διασπορά, συμβαδίζοντας με την τάση των σύγχρονων πράσινων ηλεκτρικών συστημάτων.
